專利名稱：機(jī)械簡(jiǎn)便計(jì)算器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種用來進(jìn)行數(shù)字間四則運(yùn)算的機(jī)械簡(jiǎn)便計(jì)算器。
從現(xiàn)有的各種算具來看，處理數(shù)字運(yùn)算的工具概括起來有算盤、對(duì)數(shù)計(jì)算尺、電子計(jì)算器，就以人們常遇到的四則運(yùn)算而言，目前普便使用的算具有算盤和電子計(jì)算器兩類。
可以看出，古老的算盤和高技術(shù)算具┈電子計(jì)算器在實(shí)際生活應(yīng)用中的并存，充分反映了人們對(duì)算具要求的矛盾心理。算盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，對(duì)加減運(yùn)算具有很快的計(jì)算速度，但對(duì)乘除運(yùn)算就表現(xiàn)出很大弱點(diǎn)，如計(jì)算速度慢，計(jì)算能力小，并切計(jì)算口訣一大套，操做不易熟練，因此也限制了算盤應(yīng)用的廣泛性。電子計(jì)算器雖然具有很多的計(jì)算功能；計(jì)算速度快、易操作、但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，計(jì)算過程要耗能，并且對(duì)數(shù)字的加減運(yùn)算在計(jì)算速度上不比算盤快。因此，有必要研制一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算方便、運(yùn)算速度比較快、易學(xué)易懂易掌握的算具。機(jī)械簡(jiǎn)便計(jì)算器也正是為了達(dá)到這一目的而發(fā)明的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，機(jī)械便簡(jiǎn)計(jì)算器由一把算盤和一個(gè)乘法器組成(見圖一)，算盤稱為算珠計(jì)算系統(tǒng)，乘法器稱為坐標(biāo)計(jì)算系統(tǒng)。對(duì)加減運(yùn)算通過算珠計(jì)算系統(tǒng)來完成，對(duì)乘除運(yùn)算通過坐標(biāo)計(jì)算系統(tǒng)求出單積后和算珠計(jì)算系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合來完成(多位數(shù)與單位數(shù)的乘積稱為單積)，也就是將乘除運(yùn)算通過乘法器的處理轉(zhuǎn)換為加減運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的計(jì)算效果。利用機(jī)械簡(jiǎn)便計(jì)算器完成數(shù)字的四則運(yùn)算，在計(jì)算速度、計(jì)算功能和操作難易程度上與現(xiàn)有的算盤相比優(yōu)勢(shì)很大，對(duì)于用電子計(jì)算器處理數(shù)字間四則運(yùn)算的領(lǐng)域來取代電子計(jì)算器也有一定優(yōu)勢(shì)，優(yōu)其是對(duì)多位數(shù)與單位數(shù)的乘法運(yùn)算更為顯著。
機(jī)械簡(jiǎn)便計(jì)算器的結(jié)構(gòu)和操作方法見圖一和圖二所示。該計(jì)算器的結(jié)構(gòu)可分為兩部分，即算珠計(jì)算部分和坐標(biāo)計(jì)算部分，算珠計(jì)算部分實(shí)質(zhì)上就是一把算盤(4)，而坐標(biāo)計(jì)算部分又稱為乘法器，它是由標(biāo)有固定坐標(biāo)數(shù)碼的定尺(1)、標(biāo)有固定數(shù)碼而相對(duì)于定尺(1)運(yùn)行的一組動(dòng)尺(2)、動(dòng)尺蓋板(6)以及控制動(dòng)尺運(yùn)行的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。乘法器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由帶動(dòng)動(dòng)尺前行的一組拉尺板(9)、帶動(dòng)拉尺板還原的一組彈簧(10)、帶動(dòng)拉尺板前行的一組操作鍵(5)、鉗放操作鍵的一組滑行槽(7)、動(dòng)滑輪(11)、定滑輪(12)、連接滑輪的一組傳遞線(13)、調(diào)節(jié)傳遞線長(zhǎng)度的旋紐(14)、固定擋板(15)組成。各部件的裝配方式是；定尺(1)、固定擋板(15)、操作鍵滑行槽(7)與該計(jì)算器的框架固定在一起，一組回尺鍵(3)與一組動(dòng)尺(2)是一一對(duì)應(yīng)固定在一起的，一組動(dòng)尺(2)在同一平面依次相鄰排列鉗放在滑行槽(7)中，每個(gè)動(dòng)尺的前行是由圖二所示的一套滑輪傳遞結(jié)構(gòu)來帶動(dòng)的。
乘法器的定尺(1)和動(dòng)尺(2)中坐標(biāo)數(shù)碼的排布方式見圖二所示，對(duì)圖二做如下說明；定尺(1)上標(biāo)出的1、2、3、4、5、6、7、8、9這九個(gè)數(shù)碼依次等距排列。
各動(dòng)尺的長(zhǎng)度、寬度和尺面所示的數(shù)碼均相同。
定尺(1)中每相鄰兩個(gè)數(shù)碼之間的長(zhǎng)度等于動(dòng)尺中10列數(shù)碼所占具的長(zhǎng)度。
每個(gè)動(dòng)尺(2)上標(biāo)出了90列數(shù)碼，這90列數(shù)碼順同一方向排布的順序依次是；000102030405060708090002040608101214161800030609121518212427000408121620242832360005101520253035404500061218243036424854000714212835424956630008162432404856647200091827364554637281。
每一列數(shù)碼中有上位數(shù)和下位數(shù)，上位數(shù)碼為該尺數(shù)碼的進(jìn)位數(shù)字，下位數(shù)碼為該尺數(shù)碼的本位數(shù)字，同一列中的上位數(shù)碼和下位數(shù)碼的位置上下對(duì)應(yīng)，并切每一列數(shù)碼所占居的長(zhǎng)度為l。
移動(dòng)任一動(dòng)尺使該動(dòng)尺右邊的數(shù)碼0、1、2、3、4、5、6、7、8、9這十個(gè)數(shù)碼(進(jìn)位數(shù)字為0故未標(biāo)出)中的任一數(shù)碼a與定尺(1)中數(shù)碼1的位置上下對(duì)正，那么，該動(dòng)尺在定尺所示的任一數(shù)碼b的正下方位置顯示出的數(shù)值為a與b之積。
乘法器中的動(dòng)尺(2)相對(duì)于定尺(1)運(yùn)行的控制原理也可以用圖二來說明；圖二展示出乘法器中任一動(dòng)尺運(yùn)行前的始狀態(tài)，即各動(dòng)尺右端數(shù)碼0的位置與定尺(1)中的數(shù)碼1的位置上下對(duì)應(yīng)，由圖二可以看出；一組操作鍵(5)上均有9個(gè)鍵齒，各鍵齒上分別標(biāo)出的1L、2L、3L、4L、5L、6L、7L、8L、9L依次表示操作鍵(5)處于始位置時(shí)該鍵齒距固定擋板(15)的距離。
若使動(dòng)尺(2)右移，可用手撥動(dòng)操作鍵(5)右移，這時(shí)操作鍵(5)將通過傳遞線((12)帶動(dòng)動(dòng)滑輪(11)和拉尺板(9)右移，達(dá)到以拉尺板(9)帶動(dòng)動(dòng)尺(2)右移的效果。當(dāng)將操作鍵(5)右移到所控制的位置后放開操作鍵(5)，這時(shí)拉尺板(9)、操作鍵(5)在彈簧(10)的拉力下自動(dòng)返回始位置，而動(dòng)尺(2)保持移至的位置。若要?jiǎng)映?2)返回始位置，可用手指撥該動(dòng)尺的回尺鍵使該動(dòng)尺返回始位置。
圖二中長(zhǎng)度單位的關(guān)系是；L＝4l。
在操作鍵(5)帶動(dòng)動(dòng)尺(2)運(yùn)行的傳遞結(jié)構(gòu)中，采用了兩個(gè)動(dòng)滑輪和兩個(gè)定滑輪的傳遞結(jié)構(gòu)來改變操作鍵運(yùn)行的傳遞效果。根據(jù)滑輪的性質(zhì)可知；當(dāng)操作鍵(5)右移的距離為L(zhǎng)時(shí)，動(dòng)尺(2)右移的距離為 1/4 L，由于L＝4l，所以，當(dāng)操作鍵(5)右移的距離為L(zhǎng)時(shí)，動(dòng)尺(2)右移的距離為l，當(dāng)操作鍵(5)右移的距離2L，動(dòng)尺(2)右移的距離為2l。以此類推，從而達(dá)到通過右移操作鍵(5)的距離分別為1L、2L、3L、4L、5L、6L、7L、8L、9L來依次實(shí)現(xiàn)動(dòng)尺(2)右邊示出的數(shù)碼1、2、3、4、5、6、7、8、9(進(jìn)位數(shù)碼是0，故未標(biāo)出)分別移至定尺(1)中數(shù)碼1所處位置的正下方。
圖二中固定當(dāng)板(15)在此處阻擋人的手指對(duì)操作鍵(5)向右撥動(dòng)的作用效果，從而終至操作鍵(5)繼續(xù)右移，起到比較迅速準(zhǔn)確的控制操作鍵(5)所要移動(dòng)的距離為L(zhǎng)的配數(shù)。比如；若要使操作鍵(5)右移的距離為2L，可用手指撥操作鍵(5)上面的2L鍵齒，使操作鍵(5)右移，直至該2L鍵移至固定擋板(15)處，這時(shí)操作鍵(5)右移的距離為2L，以此類推。
機(jī)械簡(jiǎn)便計(jì)算器的運(yùn)算方法簡(jiǎn)述。
該計(jì)算器對(duì)加減運(yùn)算是通過現(xiàn)有的算盤計(jì)算方法來完成，本文不在 述。對(duì)乘除運(yùn)算是通過坐標(biāo)計(jì)算系統(tǒng)求得單位數(shù)與多位數(shù)的乘積(單積)后和算盤計(jì)算系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合來完成，也就是將乘除運(yùn)算通過乘法器的處理轉(zhuǎn)化為加減運(yùn)算。
例如計(jì)算423×225＝？
多位數(shù)之間的乘法運(yùn)算過程實(shí)質(zhì)上都可以分解為多位數(shù)與單位數(shù)的乘法運(yùn)算，如；423×225＝423×200＋423×20＋423×5計(jì)算上式的值實(shí)際上只要分別計(jì)算出423×2和423×5的兩個(gè)單積，在通過對(duì)各單積進(jìn)行定位相加則可完成，即；423×2＝846，423×5＝2115根據(jù)乘數(shù)225的位數(shù)對(duì)上面兩單積進(jìn)行定位相加。由于225中的個(gè)位數(shù)字是5、十位數(shù)字是2、百位數(shù)字2，故可以列出下面加法計(jì)算式；
上述計(jì)算多位數(shù)乘法的方法可歸納成兩個(gè)步驟，即；分解算式求單積和定位相加求乘積。
利用機(jī)械簡(jiǎn)便計(jì)算器計(jì)算多位數(shù)的乘法也是通過上述兩個(gè)步驟完成的，如上例；計(jì)算423×225＝？第一步；分解算式求單積用手指撥動(dòng)動(dòng)尺右移，使動(dòng)尺右面的數(shù)碼在定尺中數(shù)碼1下面的讀數(shù)窗口中顯示出被乘數(shù)，用定尺中的九個(gè)數(shù)碼來表示乘數(shù)中的數(shù)碼。
首先將一組相鄰操作鍵的最上一個(gè)操作鍵定為百位、緊鄰百位操作鍵下面一個(gè)操作鍵則為十位、緊鄰十位操作鍵下面的一個(gè)操作鍵則為個(gè)位操作鍵。
撥動(dòng)百位操作鍵中的4L鍵、十位操作鍵中的2L鍵、個(gè)位操作鍵中的3L鍵至固定擋板處，這時(shí)在定尺(1)中9個(gè)固定數(shù)碼下(讀數(shù)窗口(6)中)將顯示出下列數(shù)組；
根據(jù)前述每個(gè)動(dòng)尺上數(shù)碼的意義(進(jìn)位和本位)，通過心算口讀可將每個(gè)讀數(shù)窗口中所示的一列數(shù)碼標(biāo)示的值讀出來，定尺中數(shù)嗎1下的單積是；
確定單積中的數(shù)字時(shí)，要遇到同一乘數(shù)下兩個(gè)動(dòng)尺中的本位數(shù)字和進(jìn)位數(shù)字相加的心算過程，其心算結(jié)果有時(shí)會(huì)出現(xiàn)滿10后向高位進(jìn)位問題，所以，讀單積時(shí)應(yīng)從低位數(shù)字向高位數(shù)字讀起。
定尺中數(shù)字2下的單積是；
定尺中數(shù)字9下的單積是；
同理；定尺中數(shù)碼5下的單積是；2115＝423×5第二步；定位相加求乘積。
通過撥動(dòng)操作鍵在讀數(shù)窗口中顯示出各單積后，根據(jù)乘數(shù)的數(shù)碼確定參加運(yùn)算的單積，而加法運(yùn)算是在算珠上來完成的，由于在讀各單積的值時(shí)是從高位讀出的，在用算盤進(jìn)行定位相加時(shí)，各單積也應(yīng)從低位數(shù)向高位數(shù)依次上盤相加。如下所示；
通過在算盤上的定位相加，從而求得積為95175故；423×225＝95175從上可以看出，多位數(shù)乘以單位數(shù)時(shí)，通過撥動(dòng)操作鍵可直接在乘法器的讀數(shù)窗口(6)中顯示出單積的值。多位數(shù)乘以多位數(shù)時(shí)，只要在算盤上將各單積定位相加即可求得乘積。這樣就大大化簡(jiǎn)了乘法過程中逐步逐位相乘的繁瑣過程，把乘法運(yùn)算轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)便的加法運(yùn)算來完成，達(dá)到快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的完成乘法運(yùn)算的目的。
除法運(yùn)算是乘法運(yùn)算的逆運(yùn)算，也是減法運(yùn)算的簡(jiǎn)便運(yùn)算，利用機(jī)械簡(jiǎn)便計(jì)算器進(jìn)行除法運(yùn)算，也是通過將除法運(yùn)算轉(zhuǎn)化為乘法運(yùn)算或減法運(yùn)算來完成的。例如將a÷b可轉(zhuǎn)化成a×1／b，如果b是一個(gè)比較特殊的數(shù)，以致通過心算便知 1/(b) 的值，那么a÷b的運(yùn)算就轉(zhuǎn)化為a×1／b的運(yùn)算形式來完成。
一般的說，對(duì)于a÷b的運(yùn)算，根據(jù)算術(shù)的基本定理知；一定有兩個(gè)整數(shù)k、r，使a＝bk＋r成立。那么a÷b＝ (bk＋r)/(b) ＝k＋r× 1/(b) ，可見式中k為商的第一商數(shù)，r為第一余數(shù)。利用機(jī)械簡(jiǎn)便計(jì)算器進(jìn)行求k及r的值時(shí)，首先將被除數(shù)a用算珠表示出來，將除數(shù)b通過撥動(dòng)操作鍵在定尺中數(shù)碼1下的讀數(shù)窗口中顯示出來，這時(shí)bk(單積)的值則在定尺中某一數(shù)碼的讀數(shù)窗口中顯示出來，這時(shí)在算珠表示的被除數(shù)中通過算珠計(jì)算方法減去這一單積后便可確定第一商數(shù)k和第一余數(shù)r的值。同理可進(jìn)一步確定第二商數(shù)和第二余數(shù)，直至除法運(yùn)算達(dá)到0≤r＜b時(shí)或所要求的程度。


圖一是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1是定尺，2是動(dòng)尺，3是動(dòng)尺回尺鍵，4是算盤，5是操作鍵，6是動(dòng)尺蓋板，7是操作鍵滑行槽，8是讀數(shù)窗口。
圖二是乘法器的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行示意圖。圖中9是拉尺板，10是彈簧，11是動(dòng)滑輪，12是定滑輪，13是傳遞線，14是旋鈕，15是固定擋板。
權(quán)利要求1.一種包括有算盤的機(jī)械簡(jiǎn)便計(jì)算器，其特征是；在已有的算盤上安裝一個(gè)由定尺(1)和多個(gè)動(dòng)尺(2)以及控制動(dòng)尺(2)運(yùn)行的機(jī)構(gòu)所組成的乘法器；定尺(1)上標(biāo)有等距離排布的固定坐標(biāo)數(shù)碼1、2、3、4、5、6、7、8、9，每個(gè)動(dòng)尺(2)上按乘法規(guī)律標(biāo)有兩排90列固定數(shù)碼，同一列中上排數(shù)碼與下排數(shù)碼的位置上下對(duì)應(yīng)，并且每列數(shù)碼等距離排列，動(dòng)尺(2)上裝有動(dòng)尺蓋板(6)，動(dòng)尺蓋板上有讀數(shù)窗口(8)。
2.按權(quán)利要求1所述的計(jì)算器，其特征是每個(gè)動(dòng)尺上的90列數(shù)碼以等長(zhǎng)度的區(qū)間順同一方向依次排列為；000102030405060708090002040608101214161800030609121518212427000408121620242832360005101520253035404500061218243036424854000714212835424956630008162432404856647200091827364554637281定尺(1)上相鄰兩個(gè)數(shù)碼之間的長(zhǎng)度等于動(dòng)尺(2)中10列數(shù)碼所占居的長(zhǎng)度。
3.按權(quán)利要求1所述的計(jì)算器，其特征是；動(dòng)尺運(yùn)行的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以由回尺鍵(3)、拉尺板(9)、彈簧(10)、操作鍵(5)、操作鍵滑行槽(7)、動(dòng)滑輪(11)、定滑輪(12)、傳遞線(13)、旋鈕(14)、固定擋板(15)組成的滑輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
專利摘要機(jī)械簡(jiǎn)便計(jì)算器是一種進(jìn)行數(shù)字間四運(yùn)算的算具，它是由一把算盤和一個(gè)乘法器組成，對(duì)加減運(yùn)算通過算珠計(jì)算系統(tǒng)來完成，對(duì)乘除運(yùn)算是通過坐標(biāo)計(jì)算系統(tǒng)求出單積后和算珠計(jì)算系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合來完成，也就是將乘、除運(yùn)算通過乘法器的處理轉(zhuǎn)化為加、減運(yùn)算。從而實(shí)現(xiàn)快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。乘法器中動(dòng)尺的運(yùn)行是通過控制操作鍵的移動(dòng)來完成的、操作鍵和動(dòng)尺之間采用了滑輪結(jié)構(gòu)來改變操作鍵對(duì)動(dòng)尺的作用效果。
文檔編號(hào)G06G1/00GK2140080SQ9220431
公開日1993年8月11日 申請(qǐng)日期1992年3月11日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月11日
發(fā)明者祝峰亮 申請(qǐng)人:祝峰亮